中国科学院大连化学物理研究所 陈利 博士 副研究
作者：科大科院考研网 发表时间：2019-11-02 来源：研招办
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研究领域
个人简介
2004年本科毕业于华中科技大学应用物理系，2008年获北京大学物理系现代光学所硕士学位，2012年获瑞士洛桑联邦理工学院化学工程系博士学位。2012-2018年在德国哥廷根马克斯·普朗克生物物理化学研究所从事博士后研究及学者访问。2018年入职中科院大连化学物理研究所分子反应动力学国家重点实验室任副研究员。主要从事表面分子反应动力学的实验研究，目前在Science，Accounts of Chemical Research，PNAS以及Review of Scientific Instrument等国内外期刊发表论文14篇。
研究领域
利用红外光谱探测技术，在超高真空条件下，研究分子在表/介面上的化学反应过程。实验中，通过激光技术对反应物分子进行量子态调控或者能量注入，触发/加速分子在表面上的化学反应；与此同时采用高灵敏度红外光谱技术，譬如，傅里叶变换红外（FTIR）吸收光谱、激光诱导荧光光谱技术等，对反应产物进行实时、定量的测量，从而获得反应速率，能量传输以及反应产物形成过程等重要反应动力学信息。在原子、分子水平上进一步加深对表面催化化学反应微观机理的理解，为理论模型计算、催化剂的设计与优化提供可靠的实验依据。
本课题将致力于结合新型超高灵敏度红外探测技术，如超导纳米线单光子探测器(Superconducting Nanowire Single-Photon Detector, SNSPD)、低温辐射热测量仪 (4K bolometer) 等技术，发展超高灵敏度的分子红外光谱实验方法，针对实验需求自主研发仪器系统，用以研究氢生产，CO2减排，汽车尾气CO净化等与可持续能源相关的重要表面催化反应过程。
超导纳米线单光子探测器（Superconducting Nanowire Single-Photon Detector, SNSPD）技术是本世纪初发展起来的新型单光子探测技术，其具备高探测效率 (> 50%) 、低暗计数 (<100 Hz) 、快响应时间 (< 100 ps) 、宽光谱响应范围 (0.5-7 mm) 等优点。SNSPD的这些卓越性能使其非常适合光子浓度低的弱光信号测量；同时基于SNSPD的超快时间分辨的红外光谱技术是研究分子体系激发态弛豫，能量传递及化学键断裂过程的重要且直接的工具，如图1所示。本人在德国马克斯普朗克研究所Wodtke研究组首次将美国NIST提供的SNSPD应用于表面分子红外荧光测量实验，取得一系列突破性实验成果【见发表文献1-3】，显示了SNSPD在化学与分子科学以及红外探测等领域的广泛应用前景。回国后，本人加入杨学明院士、张东辉院士领导的分子反应动力学国家重点实验室，将通过国内合作发展高水平的SNSPD技术，进一步发展基于SNSPD的超快时间分辨与超高灵敏度的红外分子光谱方法，并将其应用于表面分子反应动力学研究。
实验原理及实验装置
红外探测技术在基础科学、医学、日常生活以及军事等广泛领域都有着极为重要的应用。譬如，在化学与分子科学领域，红外光谱技术通常被用来确定分子结构、检测化学反应过程中的反应产物、表征催化表面化学反应过程。此外，它还可以用于监测全球CO2分布、细菌检测、深空探索及红外成像等。基于SNSPD的超快时间分辨红外荧光光谱技术是研究分子体系激发态弛豫、能量传递、化学键断裂过程、以及检测反应中间产物的重要且直接的工具。根据不同分子振动具有其对应的红外特征振动频率的特性（分子手纹），时间分辨的红外光谱测量不仅可以用来确定分子结构，检测化学反应产物，还可以追踪探测反应中间产物以及基元反应的动力学过程。
图 1实验原理及实验装置。(A) SNSPD单光子探测原理。将纳米线探测器（100 纳米量级）降温到4 K以下温度，使其成为超导纳米线。此时纳米线电阻接近为零，外加的直流电流（约10微安）将无损耗地在超导纳米线内流通。单个光子被纳米线吸收后造成的热量使得纳米线局部迅速升温并失去超导特性，犹如电路中插入一电阻，从而产生一个电脉冲信号。热量很快散失后，纳米线又恢复到超导状态，等待下一个光子的到来。因此，通过对产生的电脉冲信号计数就可以进行光子计数测量；（B）激光诱导分子红外荧光光谱测量原理。利用激光对吸附在样品表面的分子进行振动激发，或者激发样品表面产生电子-空穴对，从而触发表面分子化学反应过程；然后利用SNSPD 探测器进行超高灵敏度与超快时间分辨的分子红外光谱测量，从而获得化学反应过程（分子键断裂、能量传输等）的动力学信息，即原子、分子水平的微观化学反应随时间的演化过程；(C) 基于SNSPD的单光子灵敏度表面分子红外荧光探测系统，包括超高真空表面反应腔体、低温单色仪、以及工作于极低温（0.3 K）下的SNSPD探测器等。系统大部分根据实验要求进行自主设计与组装测试。
